Unity Shader 屏幕后处理-基于法线和深度纹理的边缘检测
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效果：
左图：在原图上描边的效果。右图：只显示描边的效果
http://upload-images.jianshu.io/upload_images/15462051-fd1b473d6d2bfa08.png左图：原效果。右图：直接对颜色图像进行边缘检测的结果
原理：
使用Roberts 算子进行边缘检测，Roberts 算子的本质就是计算左上角和右下角的差值，乘以右上角和左下角的差值，作为评估边缘的依据。按这样的方式，取对角方向的深度或法线值，比较它们之间的差值，如果超过某个阙值（可由参数控制），就认为它们之间存在一条边。
Roberts 算子
ScreenPostEffectsBase基类代码：
using UnityEngine;/// <summary>/// 屏幕后处理效果基类/// </summary>public class ScreenPostEffectsBase : MonoBehaviour{ public Shader Shader; public Material Material { get { return CheckAndCreateMaterial(); } } private Material _material; protected void Start() { CheckResources(); } /// <summary> /// 检查资源 /// </summary> protected void CheckResources() { if (!CheckSupport()) { NotSupported(); } } /// <summary> /// 检查支持 /// </summary> /// <returns></returns> protected bool CheckSupport() { bool isSupported = SystemInfo.supportsImageEffects; return isSupported; } /// <summary> /// 不支持 /// </summary> protected void NotSupported() { enabled = false; } /// <summary> /// 检查和创建Material /// </summary> /// <returns></returns> protected Material CheckAndCreateMaterial() { if (!Shader || !Shader.isSupported) { return null; } if (_material && _material.shader == Shader) { return _material; } _material = new Material(Shader); _material.hideFlags = HideFlags.DontSave; return _material; }}
ScreenEdgeDetectNormalsAndDepth派生类代码：
using UnityEngine;/// <summary>// 屏幕后处理-基于法线和深度纹理的边缘检测/// </summary>public class ScreenEdgeDetectNormalsAndDepth : ScreenPostEffectsBase{ public float EdgesOnly = 0.0f; public Color EdgeColor = Color.black; // 边缘颜色 public Color BackgroundColor = Color.white; // 背景颜色 public float SampleDistance = 1.0f; // 控制对深度＋法线纹理采样时 ，使用的采样距离。值越大，描边越宽 public float SensitivityDepth = 1.0f; // 深度敏感度，影响当邻域的深度值相差多少时，会被认为存在一条边界 public float SensitivityNormals = 1.0f; // 法线敏感度，影响当邻域的法线值相差多少时，会被认为存在一条边界 private void OnEnable() { // 要获取摄像机的深度＋法线纹理 GetComponent<Camera>().depthTextureMode |= DepthTextureMode.DepthNormals; } // ImageEffectOpaque含义： // 在默认情况下 OnRenderlmage 函数会 所有的不透明和透明的 Pass 执行完毕后被调用 ， // 前添加 ImageEffectOpaque 属性后，可以在不透明 Pass (即渲染队列小于等于 500 Pass, 内置的 Background Geometry AlphaTest 渲染队列均在此范围内） // 执行完毕后立即调用该函数，而不对透明物体（渲染队列为 Transparent Pass 产生影响， private void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest) { if (Material != null) { Material.SetFloat("_EdgeOnly", EdgesOnly); Material.SetColor("_EdgeColor", EdgeColor); Material.SetColor("_BackgroundColor", BackgroundColor); Material.SetFloat("_SampleDistance", SampleDistance); Material.SetVector("_Sensitivity", new Vector4(SensitivityNormals, SensitivityDepth, 0.0f, 0.0f)); Graphics.Blit(src, dest, Material); } else { Graphics.Blit(src, dest); } }}
shander代码：
// 屏幕后处理-基于法线和深度纹理的边缘检测Shader "Custom/EdgeDetectNormalsAndDepth"{ Properties { _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" { } _EdgeOnly ("Edge Only", Float) = 1.0 _EdgeColor ("Edge Color", Color) = (0, 0, 0, 1) _BackgroundColor ("Background Color", Color) = (1, 1, 1, 1) _SampleDistance ("Sample Distance", Float) = 1.0 _Sensitivity ("Sensitivity", Vector) = (1, 1, 1, 1) } SubShader { CGINCLUDE #include "UnityCG.cginc" sampler2D _MainTex; half4 _MainTex_TexelSize; fixed _EdgeOnly; fixed4 _EdgeColor; fixed4 _BackgroundColor; float _SampleDistance; half4 _Sensitivity; sampler2D _CameraDepthNormalsTexture; // 深度＋法线纹理 struct v2f { float4 pos: SV_POSITION; half2 uv: TEXCOORD0; }; v2f vert(appdata_img v) { v2f o; o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex); half2 uv = v.texcoord; o.uv = uv; // 下面要对这个纹理坐标进行平台差异化处理，因为OpenGL，(0, 0)点对应了屏幕的左下角，DirectX中对应了屏幕左上角 // 大多数时候这都无关紧要，除了渲染到渲染纹理时。在此情况下，Unity 渲染到 Direct3D 上的纹理时，会自动在内部翻转渲染，以便平台之间的惯例匹配。 // 如果我们做的屏幕后期特效简单（一次处理一个纹理），这无关紧要，因为 Graphics.Blit 方法会自动进行处理。 // 然而，如果在屏幕后期特效中同时处理一个以上的 RenderTexture，它们很可能会在不同的垂直方向出现（仅在类似 Direct3D 的平台上，并且仅在使用抗锯齿选项时） // UNITY_UV_STARTS_AT_TOP，纹理的坐标系原点在纹理顶部的平台上值：Direct3D类似平台是1；OpenGL类似平台是0 #if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP // 在Direct3D平台下，如果我们开启了抗锯齿，则xxx_TexelSize.y 会变成负值，好让我们能够正确的进行采样。 // 所以if (_MainTex_TexelSize.y < 0)的作用就是判断我们当前是否开启了抗锯齿。 if (_MainTex_TexelSize.y < 0) uv.y = 1 - uv.y; #endif // 存储了使用 Roberts 算子时需要采样的纹理坐标 o.uv = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(1, 1) * _SampleDistance; o.uv = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(-1, -1) * _SampleDistance; o.uv = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(-1, 1) * _SampleDistance; o.uv = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(1, -1) * _SampleDistance; return o; } // 计算对角线上两个纹理值的差值，返回0表明这两点之间存在一条边界，反之则返回1 half CheckSame(half4 center, half4 sample) { // 获取两个采样点的法线和深度值 // 这里并没有解码得到真正的法线值 而是直接使用了 xy 分量，是因为只需要比较两个采样值之间的差异度， // 而并不需要知道它们真正的法线值。 half2 centerNormal = center.xy; float centerDepth = DecodeFloatRG(center.zw); half2 sampleNormal = sample.xy; float sampleDepth = DecodeFloatRG(sample.zw); // 把两个采样点的对应值相减并取绝对值，再乘以灵敏度参数，把差异值的每个分量相加再和一个阙值比较， // 如果它们的和小于阈值， 则返回1, 说明差异不明显，不存在一条边界；否则返回0，说明存在一条边界。 half2 diffNormal = abs(centerNormal - sampleNormal) * _Sensitivity.x; int isSameNormal = (diffNormal.x + diffNormal.y) < 0.1; float diffDepth = abs(centerDepth - sampleDepth) * _Sensitivity.y; int isSameDepth = diffDepth < 0.1 * centerDepth; // 最后， 把法线和深度的检查结果相乘，作为组合后的返回值。 return isSameNormal * isSameDepth ? 1.0: 0.0; } fixed4 fragRobertsCrossDepthAndNormal(v2f i): SV_Target { half4 sample1 = tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv); half4 sample2 = tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv); half4 sample3 = tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv); half4 sample4 = tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv); half edge = 1.0; edge *= CheckSame(sample1, sample2); edge *= CheckSame(sample3, sample4); fixed4 withEdgeColor = lerp(_EdgeColor, tex2D(_MainTex, i.uv), edge); fixed4 onlyEdgeColor = lerp(_EdgeColor, _BackgroundColor, edge); return lerp(withEdgeColor, onlyEdgeColor, _EdgeOnly); } ENDCG Pass { ZTest Always Cull Off ZWrite Off CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment fragRobertsCrossDepthAndNormal ENDCG } } Fallback Off}
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